بادبند

بهترین انتخاب برای محل قرار گیری #بادبندها چیست؟


1)چگونه انتخاب مناسبی برای محل قرار گیری بادبندها داشته باشیم؟
2)یک انتخاب مناسب نیازمند چه ابزارهایی می باشد؟
3)مهمترین نکته در انتخاب محل بادبندها چیست؟ چرا؟

بهترین انتخاب برای تعیین بادبند دهانه هایی است که در نهایت سازه متقارن باشد. بنابراین بهتر است که اگر در هر دهانه بادبند می گذاریم در ضلع مقابل روبروی همان دهانه هم بادبند داشته باشیم.... در ضمن اطراف راه پله هم بهتر است بادبند داشته باشیم

1- بهترین مکان بادبند با توجه به محدودیتهای نقشه های معماری قسمتهای جلو و عقب سازه می باشد، یعنی هر چه از مرکز جرم فاصله بگیریم به سمت اطراف بهتر است.
2- هرچه به سمت مرکز جرم یعنی مرکز سازه برویم با توجه به پیچش تصادفی که به سازه اعمال می کنیم، Drift سازه دچار مشکل شده و ستونهای اطراف بادبند دارای مقاطعی سنگین می شود.
3- بایستی سعی شود که از بادبندهای گوشه ها حتی الامکان اجتناب شود ، به خصوص اجتناب از بادبندهایی که از دو طرف به یک ستون می رسند ( بادبندهای متعامد )- به علت بوجود آمدن نیروی کشش و فشار فوق العاده زیادی که به فونداسیون وارد می شود که به جهت آن بیس پلیت ها و بولتها سنگین شده و ابعاد فونداسیون جهت جبران تنش ها عجیب غریب می شود.
4- اجرای بادبند اطراف باکس پله اشکالی ندارد ولی بایستی حتماً به دیافراگم صلب سقف متصل شود.

در مورد بادبندها باید به نکات زیر توجه کرد:

1- ملاحظات معماری که عملاً نقش اول و اصلی را بازی میکنند
2- سعی در ایجاد تقارن نسبی در سازه
3- تا حد امکان افزایش معقول تعداد دهانه های بادبندی که باعث کاهش آپلیفت در پای ستون و سبک شدن ستون و صفحه ستونهای دهانه بادبندی میگردد
4- سعی در انتخاب دهانه های مجاور هم برای بادبند گذاری در یک جهت که باعث میشود که ستون مشترک دو دهانه سایزی کوچک پیدا کند و عملاً به جای 4 ستون و صفحه ستون سنگین دو ستون و صفحه ستون سنگین داشته باشیم. این مساله حتی در پی و علی الخصوص بحث کنترل برش پانچ هم تاثیر گذار است
5- از قرار دادن دهانه های بادبندی مجاور داکتها که اتصالی به سقف ندارند خودداری کنیم. در کل توجه کنیم که دهانه بادبندی اتصال کافی به دیافراگم سقف جهت رد و بدل کردن نیروها بین بادبند و سقف داشته باشد
6- از دهانه های خیلی کوچک و خیلی بزرگ برای بادبندها بپرهیزیم. دهانه های خیلی کوچک باعث بالا رفتن سایز ستون و صفحه ستون متصل به بادبند میشوند. غیر از آن سختی دهانه های بادبندی کوچک کم بوده و باعث افزایش میزان دریفت در سازه میشود. دهانه های خیلی بزرگ البته نسبت به دهانه های خیلی کوچک ارجح است ولی به هر حال باید توجه کرد که این دهانه ها باعث بالا رفتن سایز بادبند به دلیل طول کمانشی زیاد آنها میشود. غیر از آن طول زیاد پروفیل خود باعث افزایش وزن اسکلت سازه و غیراقتصادی شدن طرح میشود
7- ترجیحاً سعی کنیم که دهانه های بادبندی در دو جهت متعامد با هم متقاطع نباشند. ( البته بعضاً این مساله به دلیل کاهش یکی از ستونهای سنگین خود تا حدی طرح را اقتصادی میکند
8- بهتر است که در طبقات پایین تعداد دهانه های بادبندی زیاد بوده و به تدریج از تعداد دهانه ها در ارتفاع کاسته شود.

#بادبندهای_همگرا (CBF) و
#بادبندهای_واگرا (EBF)

بادبند*های فولادی از جمله سیستم هایی هستند که در برابر نیروهای جانبی مقاومت می کنند با بادبندگذاری در تعدادی از قاب*های ساختمان درهرامتداد و با کمک عملکرد دیافراگم صلب کف سازه می*توان آن راستا را مهار شده در نظر گرفت . بادبند*گذاری به دو نوع همگرا و واگرا تقسیم می شود . در مهاربندی همگرا امتداد اعضا شامل تیر، ستون و مهاربند همگرا از یک نقطه عبور می کنند.
از مزایا و معایب بادبندهای همگرا می توان به موارد زیر اشاره کرد :
مزایا:
_ سختی بالا برای سازه
_ کنترل تغییر مکان جانبی سازه تا حد زیاد

معایب:
_ایجاد محدودیت از نظر معماری برای ایجاد بازشو
_با توجه به سختی زیاد این مهاربندها شکل*پذیری آنها کم می*شود و در نتیجه قابلیت جذب و دفع نیروی زلزله در آنها کاهش پیدا می*کند و ارتعاش در سازه بالا می*رود.

مهاربندهای واگرا را در انواع زیر می توان به کار برد :
بادبندهای واگرا باید حداقل در یک انتهای باد بند به تیر متصل باشند و حداقل یک انتهای بادبند به گره تقاطع تیر و ستون متصل نباشد.
دراین مهاربندها شکل پذیری نسبت به بادبندهای همگرا افزایش پیدا می*کند و عمل دفع انرژی ناشی از نیروی زلزله بهتر انجام می*شود .
شکل*پذیری در این مهاربند*ی*ها توسط جاری*شدن تیر بین 2 سر مهاربند و یا تیر بین مهاربند و ستون شکل می*گیرد ، که این قسمت از تیر، تیر واسط نام دارد
زمانی که طول تیر واسط زیاد باشد جاری شدن آن توسط لنگر خمشی شکل می*گیرد و زمانی که طول تیر واسط کم باشد جاری شدن آن توسط نیروهای برشی اتفاق می*افتد . وقتی که تیر واسط توسط نیروهای وارده از طرف مهاربند وارد رفتار غیر خطی شد آن*گاه شاهد تغییر شکل*های زیاد از این تیر هستیم که همین شکل پذیری غیرارتجاعی عامل دفع نیروهای زلزله خواهد شد . البته باید این تیر را در حدی تقویت کنیم که تیر اجازه تغییر شکل را داشته باشد ولی از مکانیسم شدن آن جلوگیری به عمل آید.
برای کنترل شکل*پذیری تیر واسط بایستی موارد زیر زا عمل کنیم :
_در ابتدا و انتهای طول تیر واسط استفاده از سخت کننده الزامی است . (در تیر واسط سخت کننده*ها تا پایان تیر ادامه پیدا می*کنند.)
_زمانی که طول تیر واسط از یک متر کمتر باشد علاوه بر سخت کننده*های ابتدایی و انتهایی از یک جفت سخت کننده در وسط تیر واسط استفاده می گردد.
_توصیه میشود طول تیر واسط از 0.2 طول کل دهانه بیشتر نشود.
_زاویه بین عضو مهاربند و تیر واسط بین 30 الی 60 محدود شود.
_از بکار بردن تیرهای لانه زنبوری در تیرهای واسط جلوگیری شود.
_سعی گردد از مقاطع دوبل برای تیرهای واسط استفاده نگردد چرا که نیروی وارده از مهاربند مقدار زیادی دارد و بال تیر آهن*ها قدرت انتقال این نیرو را ندارد.
مقایسه دو بادبند 7 و 8 (هم*محور و بدون*محور(:
از دیدگاه معماری استفاده از بادبندهای 7 نسبت به بادبندهای 8 امکان ایجاد باز شوهای بزرگتری را برای تعبیه پنجره*ها فراهم می*کند . اما از دیدکاه سازه*ای در بادبندهای 7 نسبت به بادبندهای 8 تغیر مکان*های قاب افزایش پیدا می*کند و مسیر انتقال نیرو بیشتر می شود . در بادبندگذاری 8 در اولین طبقه مشکل بازشو (در) را نخواهیم داشت ولی در بادبندگذاری 7 در اولین طبقه اولاً فضای بازشو محدود می*گردد . ثانیاًبرای اتصال بادبندها به فونداسیون باید از ورق فولادی استفاده کرد

بادبندهای برون محور (EBF) و برخی ایرادات در طراحی این بادبندها


نوع جدیدی از بادبندها که به تازگی استفاده از آن رو به افزایش می باشد سیستم بادبندی خارج از محور1(EBF) میباشد. اما متاسفانه اکثر طراحان آشنایی اندکی با نحوه طراحی این سیستم بادبندی دارند.و اکثرا” به این سیستم به چشم یک بادبند پرده ای و در جهت تطبیق با نقشه معماری (به طور مثال در محل در و پنجره )نگاه می*شود ؛ به همین جهت به نظر می رسد لازم باشد که در این زمینه بحث بیشتری انجام گیرد.
در طرح و محاسبه شکلهای مشبک و خرپاها تاکید بر این نکته هست که تلاشهای به وجود آمده همه به صورت نیروهای محوری باشند و امتداد محور اعضای جمع شده در یک گره تا حد امکان در یک نقطه تلاقی نماید تا از به وجود آمدن لنگرهای خمشی جلوگیری شود. تحقیقات سالهای اخیر در طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله نشان داده که با طرح مهاربندی خارج از مرکز، در سازه های فولادی می توان مزایایی در تامین شکلپذیری سازه و اطمینان بر رفتار آن در زلزله به دست آورد. مهاربندی خارج از محور به این ترتیب به عمل می آید که طراح به میل خود مقداری خروج از مرکز (e) را در مهاربندیهای نوع 7 و8 (و یا انوا ع دیگر) تعبیه می کند ، به طوری که لنگر خمشی و نیروی برشی در طول کوتاهی از تیر (یعنیe) که به نام تیرچه ارتباطی (Linkbeam) نامیده می شود به وجود آید. تیرچه ارتباطی ممکن است در اثر لنگر خمشی به جاری شدن برسد؛ در این صورت ارتباط را خمشی(Momentlink) میگویند ویا اینکه اگر طول (e) خیلی کوتاه باشد جاری شدن در برش اتفاق افتد که در این صورت ارتباط را برشی(Shear link) می نامند. به این ترتیب می توان با کنترل شکلپذیریی تیرچه ارتباطی، شکل پذیری قابل اطمینانی برای کل سازه ، درزلزله به دست آورد. مطابق آیین نامه 2800 ضریب شکلپذیری برای این سیستم سازه ای R=7 میباشد، که در مقایسه با سیستم هم محور R=6)) حدود 15 درصد شکل پذیرتر میباشد ، که همین مساله باعث کاهش برش پایه زلزله به همین میزان می شود.


ترکیب این سیستم با سیستم های سازه ای دیگر:


الف: ترکیب در پلان:در بسیاری از موارد دیده شده است که طراحان در یک طبقه در یک یا چند دهانه از سیستم خارج از محور و در یک یا چند دهانه دیگر به موازات بادبندهای نوع اول از بادبندهای هم محور استفاده نموده اند. در اینجا باید به این نکته توجه داشت که از آنجایی که نوع رفتار این سیستم با سیستم هم محور متفاوت می باشد، اساساً استفاده از این سیستم در ترکیب با سیستم هم محور در یک جهت و یک پلان کاملاً مردود میباشد و باعث ایجاد رفتارهای غیر متعارف در سازه در هنگام زلزله میشود؛ به همین جهت به طراحان توصیه میشود که اگر تمایل به استفاده از این نوع سیستم بادبندی دارند ، در پلان، تمامی دهانه های بادبندی را به صورت خارج از محور طراحی نمایند . البته این مساله مانع استفاده از ترکیب این سیستم با سیستم قاب خمشی به صورت سیستم دوگانه و ضریب رفتار R=7.5 و یا استفاده از یک سیستم مقاوم متفاوت در جهت متعامد با جهتی که از سیستم برون محور استفاده شده است ، نمی باشد.
ب: ترکیب در ارتفاع:در این زمینه نیز در موارد بسیاری دیده شده است که طراحان در یک دهانه بادبندی خاص در برخی طبقات (عموماً بنا به ملاحظات معماری) از سیستم خارج از محور استفاده کرده و باقی طبقات را به صورت بادبند هم محور طراحی نموده اند. در اینجا نیز باید به این نکته توجه داشت که آیین نامه2 ترکیب این سیستم با سیستمهای دیگر را در ارتفاع، به طور کامل ممنوع کرده است ، مگر در موارد زیر:
1- برای بادبندهای برون محور بالاتر از 5 طبقه میتوان بادبند طبقه آخر را به صورت هم محور و بدون تیرچه ارتباطی طراحی نمود.
2- طبقه اول یک بادبند برون محور بیش از 5 طبقه می تواند هم محور باشد به شرط آنکه بتوان نشان داد که ظرفیت الاستسک آن 50 درصد بزرگتر از ظرفیت تسلیم طبقه بالاتر از طبقه اول باشد.
طراحی تیر در دهانه بادبندی: در سیستم بادبندی هم محور طراحی تیرها در دهانه های بادبتدی همانند دیگر تیرهای معمولی وتحت بارهای ثقلی انجام میپذیرد و در ترکیب بار زلزله نیروی قابل توجهی در این تیرها ایجاد نمیشود ؛ اما درسیستم برون محور علاوه بر برش و لنگرهای بارهای ثقلی ، در ترکیب بار زلزله ودر اثرنیروهای محوری ایجاد شده در بادبندها یک سری لنگر و برش اضافی در این تیرها ایجادمی شود و باعث بحرانی شدن ترکیب بار زلزله برای طراحی این تیرها می شود . معمولاًمحل بحرانی در این تیرها محل اتصال بادبند به تیر می باشد و در این محل عموماًاحتیاج به ورق تقویتی بال بالا وپایین می باشد.
طراحی تیرچه ارتباطی :یکی ازمهمترین و حساسترین مسایل در سیستم برون محور ، طراحی تیرچه ارتباطی می باشد ؛مساله ای که اکثر طراحان به راحتی از کنار آن میگذرند. برخی از مسایلی که در طراحی تیرچه ارتباطی باید به آن توجه نمود ، به شرح زیر می باشد:
1- مطابق آیین نامه(( تیرچه ارتباطی باید تمامی شرایط مقطع فشرده را دارا باشد.)) به این ترتیب در صورت عدم استفاده از مقاطع نورد شده و استفاده از مقاطع ساخته شده (تیرورق) بایدمحدودیتهای مقطع فشرده در آن رعایت شود و مخصوصاً اتصال بال و جان تیرورق (حداقل درقسمت تیرچه ارتباطی) باید با جوش پیوسته (ونه جوش منقطع) انجام گیرد. ضمن آنکه بایدتوجه داشت که جوش اتصال بال به جان باید در برابر تنشهای برشی موجود کفایت لازم راداشته باشند.(این مساله در تیرچه های ارتباطی کوتاه که معمولاً به صورت برشی عمل نموده و داراری برشهای زیادی هستند بسیار حساستر میباشد.

3- مطابق آیین ئامه ((جان قطعه رابط باید از یک ورق تک بدون هرگونه ورق مضاعف کننده تشکیل یابد وهیچگونه بازشویی نباید در جان قطعه رابط تعبیه شود.)) به این ترتیب همانطور که مشخص است استفاده از مقاطع دوبل (به علت وجود بیش از یک جان ) و مقاطع زنبوری (به علت وجود سوراخ در جان ) برای قطعه رابط از نظر آیین نامه یک امر کاملاً مردود می باشد؛امری که متاسفانه بسیار معمول می باشد. گاهی دیده شده است که برخی طراحان برای قطعه رابط از مقطع زنبوری استفاده نموده و تمامی سوراخها را در قسمت تیرچه ارتباطی به وسیله ورق تقویتی جان می پوشانند، که این مساله نیز به این دلیل که ورق تقویتی جانبه نوعی یک ورق مضاعف کننده می باشد، از نظر آیین نامه مردود میباشد. پیشنهاد میشودکه در صورت عدم جوابگویی مقاطع نورد شده تک برای این تیرها، طراحان از مقطع I شکل وبه صورت تیرورق و با جوش پیوسته جان وبال در قسمت قطعه رابط استفاده نمایند و به هیچ وجه از مقاطع دوبل وزنبوری استفاده ننمایند.

4- مطابق آیین نامه ((در انتهای قطعه رابط که عضو قطری به آن متصل است، باید سخت کننده جان در تمام ارتفاع ، در دوطرف قرار داده شود.)) یکی از شایعترین ایرادات در طراحی قطعه رابط همین مساله میباشد ، که طراحان باید به این مساله توجه بیشتری نمایند. این مساله به غیر از سخت کننده های میانی قطعه رابط میباشد که لزوم قرارگیری یا
عدم قرارگیری آنها باید توسط طراحان مورد بررسی قرار گیرد.
طراحی عضو قطری (بادبند):طراحی عضو قطری در اینسیستم مشابه سیستم هم محور میباشد با این تفاوت که طبق آیین نامه ((هر بادبند بایددارای مقاومت فشاری 1.5 برابر نیروی محوری نظیر مقاومت خمشی قطعه رابط باشد.)) باتوجه به اینکه در حالت طراحی معمولی مقاومت فشاری بادبند و مقاومت خمشی قطعه رابط به همدیگر نزدیک میباشند ، رعایت این بند باعث بالا رفتن سطح مقطع بادبند تا حدود 50 درصد نسبت به طراحی حالت معمولی در این سیستم میشود؛ ضمن آنکه باید توجه داشت که در این سیستم به دلیل آنکه معمولاً زاویه بادبندها با افق نسبت به سیستم هم محوربیشتر می باشد ، نسبت به سیستم هم محور نیروی محوری بیشتری در بادبندها ایجاد میشود.
نتیجه گیری:استفاده صحیح از این سیستم بادبندی باعث شکل پذیری بیشتر سازه وکاهش برش پایه زلزله میشود ؛ اما در طراحی این بادبندها باید دقت کافی در جهت رعایت کلیه نکات آیین*نامه ای چه از طرف طراحان و چه از طرف دستگاههای نظارتی انجا مپذیرد. طراحی صحیح این بادبندها منجر به بادبندها و تیرهایی سنگینتر از حالت بادبندهم محور می شود ؛ به همین جهت پیشنهاد می شود که طراحان حتی الامکان از این سیستم به عنوان اولین گزینه استفاده ننمایند.